GreenPAK装置可通过控制FET驱动电机（即PWM DC-DC降压转换器）用于大功率应用亚博国际官网平台网址。在本应用说明中，我们将展示如何使用RPM反馈和I2C设计可编程闭环调速PWM风扇控制器。平均百分误差小于2.5%，最小和最大误差小于15%。以增加沉降时间为代价，通过提高分辨率可以改善这些性能。

应用程序

三线风机的三线为VDD、GND和转速表OUT。

图1所示。系统级视图

转动风扇的电机是无刷电机，在5.0V电压下使用约0.2A。在该电路中，风扇的电机转速与输入功率成比例，输入功率由PFET对电源进行脉冲调制。PFET栅极由GreenPAK PWM输出PIN18控制，如图1所示。PWM输出由霍尔效应RPM反馈确定。

霍尔效应传感器位于风扇的两个线圈之间，是转速计反馈出风扇进入GreenPAK。霍尔效应传感器的每条边缘表示一次旋转。通过测量两次旋转之间的时间，我们可以计算出电机的旋转速度，并相应地调整电机的功率。

如图1所示，电源为5V，在GreenPAK的工作极限范围内。下面的电路是一个DC-DC降压转换器，使用一个高端的FET，一个箝位二极管和一个LC滤波器。

ASM表示GreenPAK设计

本设计使用了ASM的所有八种状态。这些状态的标签如图2所示。初始状态为Reset状态。在复位状态下，PWM输出被迫降低。

由于惯性，直到我们克服了静摩擦，风扇才开始移动。最小占空比通常是30%。

当ASM启用时，我们过渡到“超速”状态，允许输出以最大功率驱动，100%占空比，持续3秒。最初的推力是为了克服静摩擦，让电机开始旋转。

从那里，我们随意选择进入PWM Up状态。如果RPM过高，GreenPAK将自动修正并移动到PWM Down。状态机继续在PWM Down和PWM Up之间切换。当我们达到稳定状态时，切换将变得越来越稳定。

在RPM要求过低或过高的情况下，GreenPAK最终将达到100%或0%的占空比。为了防止PWM缠绕，输出在“停止高”或“停止低”状态被门控。在这些状态下，PWM被强制高电平和低电平。

“Buffer Low”和“Buffer High”是中间状态，用来防止不必要的ASM状态转换。状态机对“停止低电平”和“停止高电平”使用边缘检测器。如果PWM应该在这一点反向方向，第一个周期将招致边缘。如果没有buffer状态，我们将立即从一个停止状态查找到另一个停止状态。因此，Buffer状态是一种防止循环的中介状态。

图2。ASM状态机

图3。RPM输入频率检测器FSM0

GreenPAK设计，ASM输入

ASM的主要输入是“减少PWM”和“增加PWM”，两个反向信号。如图4所示，它们表示何时增加或减少PWM宽度。“增加PWM”将ASM从PWM Down转换为PWM Up，“减少PWM”将ASM从PWM Up转换为PWM Down。

图4。ASM的输入

FSM0是转速频率计数器。在频率检测模式下，测量两个输入边缘之间的时间，并与计数器数据进行比较。如果长度较长，则速度太慢。如果长度较短，则速度太快。FSM0的输出调节DC-DC降压，以向风扇电路泵送更多或更少的功率。

FSM0被配置为一个边缘频率检测器，因为在这个应用中使用的转速计，US1881，是一个锁存霍尔效应传感器。这意味着每一次旋转都会切换转速表的输出。因此，每条边，无论是下降还是上升，都代表一个360度的旋转。对于本例，目标RPM的周期为40毫秒。

图5.FSM0配置

边缘检测器的输入是Set和Reset信号的AND。通过检查重叠，我们可以知道占空比何时达到100%或0%。边缘检测输出然后过渡ASM到“高停止”和“低停止”。

由于第一个PWM输出设置和重置信号在默认情况下重叠，因此我们包括中间状态，以防止状态错误转换。

移动设置和重置计数器

PWM占空比由CNT5/DLY5和CNT6/DLY6输出的Set和Reset信号控制。设置与图6中所示相同。

为了提高和降低PWM，我们对Set和Reset信号进行相对移位，以实现更短或更长的占空比。参见图8时序图。根据当前的状态，两个CNT/DLY块中的一个将获得额外的时钟，将输出移到左边，时间提前。如果Set移位，PWM增加。如果Reset移位，PWM降低。这是由信号“Reset”和“Set”控制的，如图7所示。

额外的时钟每50个周期出现一次，让机械世界有时间赶上电信号。这是由CNT4/DLY4设置的更新周期。每个更新周期，管道延迟和2位LUT2向3位LUT0和3位LUT1 IN0输入产生一个脉冲。如果xord与正常时钟源，我们将产生一个额外的脉冲。

GreenPAK设计，ASM输出

只使用4个ASM输出。' Shift_CNT6 '和' Shift_CNT5 '进入SR计数器逻辑并控制移位。它们用于选择哪个CNT获得额外的时钟，代表PWM进入的电流方向。

图6。PWM输出设置和复位

图7.PWM输出的设置和复位

图8.PWM输出的设置和复位

图9。ASM输出和输出配置

如图9的ASM输出表所示，如果我们向上计数，Reset和Set都是高电平，而在向下计数时，Reset和Set都是低电平。要停止额外的时钟计数，重置和设置是相反的。重置为高，设置为低。这确保它们都选择常规时钟源。

“Force 0”和“Force 100”表示PWM逻辑已达到100%和0%，并屏蔽了SR Latch。“力0迫使pet在停止低、缓冲低和复位状态下关闭。“力100迫使PFET在高停止、高缓冲和超速状态下打开。

3位LUT2是SR Latch。如果CNT6_out为逻辑1，则设置闩锁。如果“CNT5_out”为“逻辑1”，则“Latch”复位。3位LUT6门SR闩锁。如果“Set High”为“High”，则输出为强制高值。如果“Set low”设置为“high”，则输出强制设置为低。这两个信号永远不会同时处于高位。如果两个信号都是低的，使用3位LUT2的逆。

图10.GreenPAK Designer项目视图

I2C

要更改所需的RPM，请使用I2C写入FSM0的计数器值。字地址位于地址0xC5和0xC6。

请参阅下面表1中的示例。如果我们想将计数器值0xDD写入FSM0，命令将是:

[0xSA 0xC5 0xE0 0x2E]例如1

[0xSA 0xC5 0x40 0x1F]例如2

其中SA为从地址。

要将RPM转换为计数器数据，请使用下面的公式:

计数器数据依赖于GreenPAK内部的OSC。在这个设计中，理想的OSC应该是2MHz/8 = 250kHz。要获得25Hz的RPM频率，周期必须为40ms，对应的计数器数据为9998。

因为实际的盐含量被测量为253kHz，我们最终得到25.3Hz而不是25Hz。

表1。RPM I2C写的例子

字地址	当前RPM/FSM0计数器值	示例1	示例2
0 xc5 0 . xc6	x10 0 x27	0xE0 0x2E	0 0 x40 x1f
小数	9998	11998	7998
期	40毫秒	48女士	32岁的女士
频率/ RPM	25赫兹	20.8赫兹	31.25赫兹
实际频率	24.4赫兹	21.0赫兹	31.4赫兹
最小值	23.2赫兹	18.9赫兹	28.6赫兹
马克斯	27.8赫兹	22.8赫兹	34.4赫兹
圣戴夫。	478兆赫	385兆赫	520兆赫

上述三个示例的百分比误差分别为2.4%、1.0%和0.5%。设备运行的时间越长，平均错误百分比越好。一些误差是由OSC微调引起的，在我们的例子中，测量结果是253kHz而不是250kHz。PWM将需要一段时间上升或下降，直到达到稳定状态。达到稳定状态后，状态机将在“PWM上升”和“PWM下降”之间切换，从而导致PWM输出在平均值附近抖动。

这导致最小和最大频率围绕平均频率跳变，这取决于PWM分辨率。在上面的例子中，最小和最大频率的误差百分比最差为15%。为了减少这个误差，我们可以增加CNT5和CNT6计数器的值，这样每一个增量将是一个更小的PWM宽度，允许更好的频率控制但较慢的稳定时间。

功能性波形

当PWM输出达到稳定状态时，在数秒后执行以下功能。

图11.PWM风扇波形

稳态状态下，状态机有节奏地从PWM Up切换到PWM Down。

我们可以看到RPM输入的频率为11.4Hz或88ms。然而，由于霍尔效应传感器是一种闭锁装置，因此每个边缘都被解释为一次旋转。FSM0配置为检测两条边。因此，实际RPM频率是22.8Hz或45ms时的两倍。这正好在我们的40ms目标附近，该目标是由FSM0中的计数器值设置的。

通道1（黄色）-针脚18（PWM输出）

通道2(浅蓝色)- PIN#3 (RPM)

通道3(品红)-风扇输入电压

图12。PWM风扇电路

图13显示了当FSM0计数器数据设置为12000时的功能。我们可以看到霍尔效应频率为9.42Hz，这意味着RPM为18.84 Hz。

图13。例1

图14显示了将FSM0计数器数据设置为8000时的功能。我们可以看到霍尔效应频率为14.8Hz，这意味着每分钟转速为29.6 Hz。

图14.PWM风扇波形示例2

电路

下面是PWM风扇的电路板原型。左边的电路板有电感、pet、二极管和电容器。GreenPAK IC是开发工具评估委员会的成员。

右边的面包板将GreenPAK外部连接器连接到霍尔效应传感器，霍尔效应传感器需要连续供电。

在下面的第一个图像，风扇停止，因为PWM电路是禁用的。在第二幅图中，风扇正在运行，因为PWM电路是使能的。

结论

调速PWM风扇电机控制器是如何在反馈环路中使用ASM来控制外部电机的一个例子。我们使用频率检测器功能，很容易在霍尔效应输入上创建看门狗。然后，我们使用I2C来改变参考频率。整个数字控制逻辑是在PAK设备中实现的，由于使用ASM，它可以很容易地调整。

图15。风扇禁用

图16.风扇已启用

AN-1117调速PWM风扇电机控制器

参考文献

介绍